【摘要】：從上世紀(jì)六十年代起,國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始對(duì)窄矩形通道內(nèi)流動(dòng)傳熱展開(kāi)實(shí)驗(yàn)研究。在核能利用方面,逐漸從大規(guī)模建造核電廠向小型化設(shè)備轉(zhuǎn)變,在一些情況下,如潛艇、大型移動(dòng)設(shè)備供電、孤島供電等,建造大型核電廠是不可行的。為此考慮改變堆芯燃料組件形狀和冷卻劑通道尺寸,堆芯采用板狀燃料組件和窄矩形冷卻劑通道,比如NP工程反應(yīng)堆,日本的第三代研究堆JRR-3等。尺寸效應(yīng)使窄矩形通道具有一定的強(qiáng)化換熱。窄矩形通道由于尺寸效應(yīng),使得流體具有復(fù)雜的流動(dòng)狀態(tài)和傳熱現(xiàn)象。本文結(jié)合NP工程反應(yīng)堆相關(guān)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)需求,設(shè)計(jì)搭建了一套熱工水力實(shí)驗(yàn)回路。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可滿足1.0 MPa的系統(tǒng)壓力,溫度可達(dá)到200 ℃,回路體積流量最大為1.7 m3/h。實(shí)驗(yàn)回路具有壓力控制,流量調(diào)節(jié),加熱和冷凝功能。根據(jù)實(shí)際的反應(yīng)堆運(yùn)行參數(shù)和實(shí)驗(yàn)要求,將流動(dòng)方向設(shè)定為豎直向下流動(dòng),并采用雙面加熱方式。實(shí)驗(yàn)流道間隙尺寸為2.3 mm,通道寬度為67 mm(加熱寬度為62 mm),流道長(zhǎng)度為1000 mm(加熱長(zhǎng)度為750 mm)。對(duì)豎直向下流動(dòng)阻力特性開(kāi)展等溫強(qiáng)迫循環(huán)實(shí)驗(yàn),得到了層流和紊流的轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)(Re),Re=3000。與圓管相比,臨界雷諾數(shù)變大,過(guò)渡區(qū)域消失,對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,分別得到了層流區(qū)域和紊流區(qū)域的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。與現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算對(duì)比,發(fā)現(xiàn)了在Re≤1600的區(qū)域內(nèi),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與圓管層流解析法計(jì)算公式比較吻合,在2300≤Re3000區(qū)域內(nèi),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與Kays公式、馬建的擬合公式比較吻合;在Re3000區(qū)域內(nèi),由于高寬比對(duì)摩擦系數(shù)的影響,使得實(shí)驗(yàn)值小于現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式的計(jì)算值。對(duì)于豎直向下窄矩形通道內(nèi)單相強(qiáng)迫對(duì)流換熱特性,開(kāi)展不同加熱功率、不同入口溫度、不同體積流量下的單一變量循環(huán)實(shí)驗(yàn),得到了強(qiáng)迫對(duì)流換熱系數(shù)的變化規(guī)律:在豎直向下流動(dòng)、雙面加熱工況下,提高加熱功率、升高主流入口溫度和增加體積流量,均能使換熱系數(shù)越大。對(duì)現(xiàn)有的對(duì)流換熱Nu計(jì)算關(guān)系式進(jìn)行評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)了Dittus-Boelter關(guān)系式、Gnielinski關(guān)系式的計(jì)算結(jié)果可以較好地預(yù)測(cè)換熱系數(shù),平均相對(duì)誤差在±11%。最后對(duì)兩相不穩(wěn)定特性進(jìn)行研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)了汽泡的前期行為(產(chǎn)生,融合,滑移等)會(huì)使壓降產(chǎn)生短暫波動(dòng)后恢復(fù)相對(duì)穩(wěn)定,隨著熱流密度增加,壓降振蕩幅度增大。對(duì)于入口溫度的影響,溫度升高會(huì)使壓降振蕩提前發(fā)生,振蕩幅度增大,流量會(huì)出現(xiàn)一定周期的波動(dòng);對(duì)于體積流量的影響,流量越大,發(fā)生壓降振蕩的熱流密度越高。通過(guò)可視化觀察得到了在豎直向下流動(dòng)的過(guò)程,增大體積流量可以減小通道內(nèi)汽泡振蕩位移,增強(qiáng)主流帶走汽泡的能力。本文針對(duì)豎直向下流動(dòng)、雙面加熱條件下的窄矩形通道開(kāi)展單相及兩相的流動(dòng)傳熱特性研究,得到壓降傳熱相關(guān)變化規(guī)律,豐富冷卻劑在窄矩形通道內(nèi)的實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù),對(duì)NP反應(yīng)堆熱工水力學(xué)優(yōu)化提供依據(jù)。
【圖文】：

第１章緒論逡逑．１研究背景逡逑于核動(dòng)力的發(fā)展，在注重核電安全性的同時(shí)，核電的經(jīng)濟(jì)性也成為要標(biāo)準(zhǔn)之一。就經(jīng)濟(jì)性而言，建造大型反應(yīng)堆核電廠來(lái)提供動(dòng)力有設(shè)備小型化非常重要。板狀燃料組件的冷卻劑道為窄矩形通道，就內(nèi)的傳熱面積而言，尺寸效應(yīng)使得窄矩形通道具有一定的強(qiáng)化換熱。件是由板狀燃料和窄矩形冷卻劑通道組成，，因板間距只有２？３邋ｍｍ湊的特點(diǎn)。此外板狀燃料組件中燃料芯體溫度低和燃耗深也是其優(yōu)應(yīng)用在一體化反應(yīng)堆和實(shí)驗(yàn)堆堆芯中，如中國(guó)工程物理研宄院的ＮＰ、中國(guó)原子能科學(xué)研宄院的中國(guó)先進(jìn)研宄堆（ＣＡＲＲ）邋［１］和日本的系列（ＪＲＲ－３，邋ＪＲＲ－３Ｍ）邋［２］等，使得堆芯體積與常規(guī)核電廠的相比，以適應(yīng)海島供電或移動(dòng)裝置供能的需求。此類(lèi)型反應(yīng)堆在國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)。逡逑ｒ＞＜邐邐邐逡逑

第２章實(shí)驗(yàn)臺(tái)架方案設(shè)計(jì)逡逑第２章實(shí)驗(yàn)臺(tái)架方案設(shè)計(jì)逡逑為了對(duì)板狀燃料組件中冷卻劑通道內(nèi)流動(dòng)傳熱情況進(jìn)行研究，搭建了熱驗(yàn)裝置，可以滿足強(qiáng)迫循環(huán)不同工況參數(shù)條件下流動(dòng)傳熱實(shí)驗(yàn)。本章主系統(tǒng)回路，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，參數(shù)測(cè)量方案及不確定性分析等幾個(gè)方進(jìn)行介紹２．１實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)回路逡逑基于調(diào)研國(guó)內(nèi)外熱工水力實(shí)驗(yàn)回路設(shè)計(jì)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)搭建了熱工臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)裝置主要用于窄矩形通道內(nèi)單相及兩相流動(dòng)傳熱實(shí)驗(yàn)研宄�；芈分饕ㄋh(huán)系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)兩部分，其中實(shí)驗(yàn)段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。實(shí)驗(yàn)臺(tái)架３Ｄ模型圖和實(shí)驗(yàn)室實(shí)物圖如下圖所示。逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TL352

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本文編號(hào)：2650992